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电动缸与气缸

2018-11-22 15:47:00
陆启蒙
原创
2508
摘要:本文介绍了几种电动缸的动作原理、结构、特性和 功能 ,并与气缸作了比较,以利于合理选用 。

随着工厂自动化的要求越来越高 , 电动缸应运而 生 。所谓电动缸 ( 也称为电动执行器 ) 就是用各种电动机 ( 如 AC 伺服电动机 、步进电动机 、DC 电动机 ) 带动各种 螺杆( 如滑动螺杆 、滚珠螺杆 ) 旋转 ,通过螺母转化为直线 运动 ,并推动滑台沿各种导轨 ( 如滑动导轨 、滚珠导轨 、高 刚性直线导轨 ) 象气缸那样作往复直线运动 。

为适应不同 的要求 ,电动缸 已有多种 品种规格 。

下面介绍一些品种的电动缸的动作原理 、结构特点 、特 性及其具有的功能 。最后 ,将电动缸与气缸作一比较 , 便可了解如何正确选用电动缸和气缸 。

1 电动执行器 LX ※、LJ1 和 LG1 系列 这类电动机执行器的结构以 LXF 系列为例 ,如图 1所示 。步进电动机 1 通过联轴节 2 带动螺杆 5 转动 , 与螺母 4 成为一体的外筒 6 便在螺杆的推动下作直线运 动 。端板 10 将外筒与滑台 9 连在一起 ,滑台便在外筒 的推动下沿直线导轨 8 作直线运动 。工件可安装在端 板或滑台上 。在外筒内装有磁环 3,在器体 12 的侧沟 内可安装磁性开关 ,这样便可检知执行器的伸出行程 。

限位器 11 限制了执行器的最 大行程 。当滑台运行至 行程端部时 ,缓冲垫 7 起缓冲作用 。在返回运动中 ,当 传感器板 13 挡住微型光电传感器 14 的光时 ,表示执

行器已返回到原点 。15 是电动机盖 。

LX ※、LJ1和 LG1 系列的主要规格见表 1 。从表中可 见 ,LG1 与 LJ1 相比 ,LG1 高度小且长度短 ,但 LJ1刚性 高 ,且电动机功率有较大的 ,故可搬送更大质量的负载 。 LX ※系列行程短 ,电动机功率小 ,只可搬送小质 量负载 。 最大速 度与电动 机功率 、搬送质 量等因素 有关 。 电动机功率大 、搬送质量小 ,则搬送速度高 。 导轨刚性高 ,则承载能力强 。

重复定位精度与进给螺杆的形式有关 。 LJ1 和 LX ※系列除水平安装规格外 ,还有竖直安 装规格 ,竖直安装的电动执行器应带制动器 ,在停电时 可防止负载下落 。LG1 系列只有水平安装规格 。 LX ※、LJ1 和 LG1 系 列电动 执行 器的主 要规格 ( 水平安装 、无制动器时 ) 有水平安装规格 。 LX ※、LJ1 和 LG1 系列有 AC 伺服电动机驱动执 行器动作 ,LX ※系列还有步进电动机驱动执行器动作 的规格 。

AC 伺服电动机配有编码器 ( 能检出电动机回转位 置的装置 ) 。 可根据控制器发出的移动命令来驱动电 动机 ,通过编码器 ,便可将滑台的位置反馈至控制器 ,以 确认滑台的 位置是否正确 ,其控制原 理如图 2 所示 。 可见 ,AC 伺服电动机的控制是闭环控制 ,故可靠性极 高 ,控制速度可达 1000 mm /s ,但成本也高 。

LC1 系列是 AC 伺服电动 机的专用控制 器 ,整个 控制系统如图 3 所示 。可使用设定软件 ( 通过 PC) 可 示教盒向控制器输入位置 、速度和加速度等参数及动 作程序 ,以便实现对位置和速度的控制 。LC1 系列控 制器可实 现最多 1008 点的 准确 定位 。利用 PLC 或 操作盘 上 的 按钮 , 发 送 开关 指 令 ,实 现 自 动 或 手动 控制 。

设备 。其控制原理如图 4 所示 。当步进电动机驱动器 接收到一个脉冲信号 ( 即移动命令 ), 便驱动步进电动 机按设定的方向转动一个固定的角度 ( 称为步进角 ) 。

这样 ,便可通过控制脉冲个数来改变转角大小 。通过 螺杆转化为滑台的直线位移大小 ,从而达到 准确定位 的目的 。同时 ,还可以通过控制脉冲频率来 改变电动 机转动的速度和角加速度 ,从而达到改变滑 台运动的 目的 。

因滑台的位置不能反馈回控制器 ,故 应在电动 执行器的器体沟槽内安装磁性开关 ,来确认 滑台位移 至何位置 。由上可见 ,步进电动机是开环控制 ,控制可 靠性不及 AC 伺服电动机 ,但成 本低 。控制速度 可达 200 mm /s 。控制 LX ※系列电动执行器的步进电动机 驱动器有 LC6C 和 LC6D 两个系列 。LC6D 系列自身 没有脉冲控制功能 ,故使用时必须配置相应 的脉冲控 制器 ,其控制系统如图 5 所示 。由 PLC 发出指令 ,电脉 冲控制器产生正 、反脉冲 ,经 LC6D 驱动器将发生的脉 冲信号进行放大 ,以驱动步进电动机回转 。LC6C 系列 自身具有脉冲控制功能 ,其控制系统如图 6 所示 。使 用时 ,按预先设定的位置和运动速度 ,由 PLC 等发送 开关指令 ,击活 LC6C 内部相应的地址号 ,由 PLC 产生 正 、反脉冲 ,并将其放大 ,驱动步进电动机回转 。此驱 动器最多可实现 28 个点的准确定位 。

2  导轨一体型电动执行器 LTF 系列 LTF 系列电动 执行器比 LX ※、LJ1 和 LG1 系列 的结构简单 、安装空间小 、质量轻 、滑台行走精度高 ( 参 见表 2) 。

它采用台座型直线导轨 ,即台座与直线导轨为一 体化结构 。螺母与滑 台也一 体化 。其结构 如图 7 所 示 。用专用控制器 LC1 或 LC8 系列来控制 AC 伺服电 动机带动进给螺杆回转 ,通过螺母推动滑台沿台座型 直线导轨作往复直线运动 。其主要 规格如表 3 所示 , 垂直安装时 ,电动机应带制动器 。

3  无需程序设计的无杆电动缸 e—MY2C MY 2H 系列

这种电动缸是由直流电动机驱 动齿轮传送带 ,通 过移动体来带动滑台沿两种导轨 ( M Y2C 为凸轮随动 导轨 、M Y2H 为高精度直线导轨 ) 作往复直线运动 。其 外形及各部分名称如图 8 所示 。其驱动部与导向部可 以分开 ,见图 9。控制器部也可从驱动部分开 ,以提高 维护性 ,且使用方便 。即可手提控制器 ,在随意的场所 资料的设定 。控制器部是电 动缸的控制 、设定和 显示的单 元 。I /O 电缆是 输入 /输出信号电 缆线 。输 入信号有驱动指令信号 ( 如向电动机端驱动 、向末端驱 动 、向中间位置驱动 ) 及非常停止信号 ( 由 PLC 、PC 等 发出) 。 输出信号有定位完成信号 、异常检出信号 ( 如 非常停止 、外部输出异常 、电源异常 、驱动异常 、温度异 常 、行程异常 、电动机异常和 控制器异常 ) 和 READY 信号 。驱动部与导向部要安装成一体时 ,将 驱动部的 移动体插入导 向部的滑台上 ,再均匀紧固 驱动部的 4 个固定螺钉便可 。

气动比例技术的应用领域日趋广泛 。从 2002 年 开始 ,我公司生产的数控激光切割机上采用了 SMC 公 司的 ITV2000 系列电气比例阀 ,取得了满意的效果 。 激光加工技术是近 20 年来发展起来的 一项高新 技术 ,它已广泛应用于切割 、焊接 、金属材料表面处理 、 模具快速成型 、激光雕刻等方面 ,并且新的应用领域还 在不断地被开发 。

数控激光切割机是把激光作为一种加工手段对金 属和非金属板材进行零件加工 ,通过数控系统控制 X 轴 和 Y 轴的伺服电动机来完成平面的复合运动 ,激光通过 数控机床上的反射镜片和聚焦镜片在板材上对图形进行 切割 ,对不同板厚的金属板材来说 ,切割的工艺参数是不 一样的 ,工艺参数包括 :激光功率 、切割速度和辅助气体 压力 。就辅助气体而言 ,切割不同材料时所使用的气体 种类是不一样的 ,切割普通碳板要使用氧气 ,切割 不锈钢 钢板要使用氮气 ,切割非金属材料要使用压缩空气 。下 面针对切割普通碳板讨论一下工艺参数 ( 激光功率 :随着 板厚的增加而加大 ;切割速度 :随着板厚的 增加而减小 ; 辅助气体压力 :随着板厚的增加而减小 ) 。

在零件切割过程中 ,一般分 两步进行 。第一步沿 被切割图形的轮廓用激光打孔 ,为保证切割质量 ,防止 蹦孔 ,激光应采用一定频率和占空比的脉冲波 ,并且此 的气体压 力为低压 ,一般设 定在 0. 08 ~0. 1 M Pa。 第二步激光切割 ,当钢板被打穿后 ,数控系统将激光从 脉冲波转换为连续波并开始切割轮廓 ,此时的气体压 力为高压 ,其压力大小根据板厚而定 。

在原来的数控系统中是用两个减压阀和两个二位 二通电磁阀进行气体压力设定和控制 ,其中一个减压 阀设定为低压 ,另一个减压阀设定为高压 ,分别通过二 位二通电磁阀控制通断 。数控激光切割机对激光器的 切割功率和切割速度可以控制 ,切不同板厚时 ,气压设 定只能用手动调压 。气动原理如图 1 所示 。

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